LED Hibrid untuk Aplikasi Lampu SSL

188 Fitrilawati dkk Gambar 5. Spektrum absorpsi Rhodamin 6G dalam matriks polimer hibrid a. Spektrum emisi dye Rhodamin 6G dalam polimer hibrid yang dieksitasi dengan panjang gelombang 365 nm b, Spektrum absorpsi DCM dalam matriks polimer hibrid c, spektrum emisi DCM dalam polimer hibrid dye Rhodamin 6G . Gambar 6 memperlihatkan contoh film tipis phosphor organik berupa kromofor fluoresen organik yang didispersikan dalam matriks host polimer hibrid anorganik-organik. Tampak bahwa dengan menggunakan bahan phosphor organik dapat dimungkinkan pembuatan struktur geometri planar dengan permukaan yang luas. Dilain pihak, bentuk geometri planar sangat penting dan bermanfaat untuk aplikasi berupa lampu berbentuk panel lebar atau untuk backlighting pada LCD [6]. Dengan struktur lampu berbentuk panel lebar, lampu tersebut dapat ditempelkan di mana saja dan distribusi pencahayaan dalam ruang dapat menjadi lebih baik dibanding lampu CFL. Dalam road map penelitian, studi aplikasi bahan phosphor organik sebagai bahan konversi warna emisi untuk lampu SSL berbentuk panel lebar merupakan tahapan yang akan dikembangkan selanjutnya. Gambar 6. Contoh film tipis phosphor organik berupa kromofor fluoresen organik biru, hijau, merah dan kromofor RGB putih yang didispersikan dalam matriks host polimer hibrid anorganik-organik

6. LED Hibrid untuk Aplikasi Lampu SSL

Konfigurasi LED hibrid terdiri dari LED anorganik sebagai sumber pengeksitasi emitter dan phosphor organik sebagai bahan pengkonversi panjang gelombang. Dengan konfigurasi semacam itu diharapkan dapat dihasilkan emisi cahaya tampak dengan efisiensi yang maksimum. Hal 350 400 450 500 550 600 650 700 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 O D λ nm 500 550 600 650 700 2000 4000 6000 8000 550.2 λ ex = 490 nm λ ex = 480 nm In te n s it y λ nm 400 500 600 700 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 before polymerized after polymerized O D λ nm PH3-DCM 500 550 600 650 700 1000 2000 3000 4000 before photopolymerized after polymerized In te n s it y λ nm PH3-DCM d a b c Pengembangan Phospor Organik sebagai Bahan Konversi Warna Emisi untuk Aplikasi Lampu SSL 189 tersebut dapat dimungkinkan karena selain teknologi pembuatan LED violet dan LED biru anorganik sudah berhasil mencapai efisiensi yang tinggi [8,9], juga phosphor organik memiliki efisiensi kuantum yang tinggi [27,28]. Selain itu, penggunaan phosphor organik memungkinkan pengembangan lampu SSL dengan konfigurasi planar yang dapat dibuat dalam ukuran besar [6]. Sama seperti lampu LED dari bahan anorganik, LED hibrid dapat diaplikasikan untuk displai, lampu SSL, dan laser. Jika lampu LED yang terbuat dari bahan anorganik dikenal sebagai lampu generasi ketiga, lampu SSL yang dikembangkan dari LED hibrid dapat direfer sebagai lampu generasi keempat karena merupakan jenis lampu generasi baru. LED hibrid pertama kali dikembangkan oleh Guha dkk [11] dengan menggunakan LED yang terbuat dari bahan GaN dan bahan konversi warna emisi berupa kromofor fluoresen organik Coumarin 7, Coumarin 6 dan DCM. Selanjutnya Hide dkk [12] mengembangkan LED hibrid dengan menggunakan bahan polimer terkonjugasi. LED hibrid merupakan komponen utama dari suatu lampu SSL hibrid. Selain LED hibrid, beberapa komponen lain yang diperlukan untuk pembuatan lampu SSL hibrid antara lain housing lampu, driver LED, reflector, dan heatsink. Ada dua konfigurasi yang digunakan untuk pengembangan LED hibrid, yaitu konfigurasi dengan bahan phosphor organik dilapiskan pada permukaan gelas semi-hemisphere, dan konfigurasi dengan bahan konversi dideposisikan langsung pada permukaan LED pengeksitasi pumping. Gambar 7. Model prototipe LED hibrid yang terdiri dari LED ultraviolet dengan phosphor organik. Bahan konversi warna emisi yang berupa phosphor organik telah diaplikasikan untuk model prototipe LED hibrid seperti yang diperlihatkan pada Gambar 7 [55-57]. Model prototipe LED hibrid terdiri dari LED UV InGaN dan phosphor organik yang terdiri dari kromofor fluorosensi merah R, hijau G, dan biru B yang didispersikan dalam matriks host polimer hibrid anorganik-organik [56]. Dalam gambar tersebut tampak bahwa phosphor organik yang digunakan berupa polimer hibrid dengan doping kromofor tunggal, masing-masing berwarna hijau, biru, dan merah. Selanjutnya pada Gambar 8 diperlihatkan model yang sama dengan menggunakan phosphor organik yang terdiri dari blend kromofor fluorosensi RGB. Beberapa aspek telah ditelaah dalam usaha untuk menghasilkan bahan phosphor organik dengan emisi putih seperti variasi komposisi [58], dan variasi panjang gelombang pengeksitasi [59]. Hasil yang didapat menunjukkan bahan phosphor organik yang dbuat sudah mendekati koordinat warm light pada kurva CIE 1931, baik dengan konfigurasi blend maupun konfigurasi multi lapis [57, 58]. 190 Fitrilawati dkk Gambar 8. Model prototipe LED hibrid dengan phosphor organik yang terbuat dari blend kromofor RGB organik dalam matriks polimer hibrid . Gambar 9 memperlihatkan konfigurasi LED hibrid yang berbeda dibandingkan konfigurasi sebelumnya yang diperlihatkan pada Gambar 7. Dalam gambar tersebut diperlihatkan pula contoh unit yang disusun dari beberapa LED hibrid yang dilengkapi dengan reflektor. Dari gambar tersebut tampak peranan reflektor dalam meningkatkan intensitas emisi cahaya yang terpancarkan. Gambar 9. Contoh emisi dari prototipe LED hibrid yang menggunakan bahan phosphor organik yang terdiri dari kromofor fluorosensi tunggal. Contoh lain pada Gambar 10 adalah LED hibrid yang dibuat dengan menggunakan phosphor organik yang berupa blend dari beberapa kromofor fluorosensi organik RGB [59]. Tampak bahwa potensi emisi warna putih sudah dapat dicapai dengan menggunakan phosphor organik yang berupa blend kromofor RGB dengan komposisi tertentu. Dari hasil-hasil tersebut tampak bahwa phosphor organik yang dikembangkan sudah mendekati daerah putih yang didefenisikan sebagai day light . Hasil yang didapat ini telah mengalami peningkatan yang cukup signifikan dibanding dengan hasil sebelumnya. Pengembangan Phospor Organik sebagai Bahan Konversi Warna Emisi untuk Aplikasi Lampu SSL 191 Gambar 10. Contoh emisi dari prototipe LED Hibrid yang menggunakan phosphor organik yang terdiri dari blend kromofor fluorosensi organik RGB. Gambar 11. Contoh emisi dari LED hibrid dengan phosphor organik dengan konfigurasi multi lapis yang menghasilkan emisi putih mendekati day light. Gambar 11 adalah contoh prototipe LED hibrid dengan bahan phosphor organik dengan konfigurasi multilayer yang menggunakan sumber pengeksitasi berupa LED UV. Lapisan phosphor organik tersebut terdiri dari polimer hibrid dengan kromofor fluoresensi tunggal merah R, atau hijau G, atau biru B. Konfigurasi tersebut dikenal sebagai phosphor organik multilapis. Koordinat warna emisi yang dihasilkan pada konfigurasi tersebut adalah 0.2825, 0.3388 yang mendekati titik equal putih. 192 Fitrilawati dkk Hasil-hasil yang didapat telah menunjukkan emisi cahaya putih yang didapat sudah mendekati titik koordinat warm light dan titik equal putih. Masih diperlukan penelitian lanjutan untuk memperbaiki kualitas white light yang dihasilkan sesuai dengan standard CIE melalui pengendalian proses polimerisasi matriks polimer hibrid dan komposisi kromofor fluoresensi organik. Selain itu, masih diperlukan perbaikan parameter kinerja prototipe seperti efisiensi, efikasi, stabilitas operasional dan life time. Untuk keperluan komersialisasi produk, masih perlu dilakukan penelitian lebih lanjut berkaitan dengan scale up bahan matriks polimer hibrid, teknik fabrikasi dalam skala besar [60].

7. Rangkuman